第七章 船舶强度

1、海上货物运输海上货物运输 第一篇第一篇 第七章第七章 船舶强度船舶强度（Strength of ship）强度定义及分类强度定义及分类总纵强度总纵强度局部强度局部强度扭转强度扭转强度1、强度定义、强度定义l船体结构抵御内外力作用的能力。船体结构抵御内外力作用的能力。l船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。2、强度分类、强度分类强度强度总强度总强度局部强度局部强度纵强度纵强度横强度横强度扭转强度扭转强度（一）定义（一）定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生弯船舶结构抵抗船体沿船长方向发生弯曲或变形的能力。曲或变形的能力。（二）船体纵向弯曲或变形的原因（二）船体

2、纵向弯曲或变形的原因 船舶所受重力和浮力沿船长方向分布船舶所受重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。不一致造成。重量曲线重量曲线（Weight curve）)( xwwx)( xfAAx xxqxAwxfq )(负荷曲线（负荷曲线（Load curve）浮力曲线（浮力曲线（Buoyancy curve）（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线弯矩曲线（弯矩曲线（Bending moment curve） 剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重积分曲线。积分曲线。dxAwdxqxNxxxxx)()( 00 xxxxdxqdxxNxM000)

3、()(剪力曲线（剪力曲线（Shear curve） 负荷曲线的积分曲线。负荷曲线的积分曲线。 结论结论 剪力最大值约位于距首尾剪力最大值约位于距首尾L/4处；处； 弯矩最大值约位于船中处，且向弯矩最大值约位于船中处，且向 首尾逐渐减小。首尾逐渐减小。 （四）船体剪切变形（四）船体剪切变形 单位长度的船体，其前后两端受到单位长度的船体，其前后两端受到大小相等、方向相反的切力作用，则该大小相等、方向相反的切力作用，则该段船体将出现剪切变形。段船体将出现剪切变形。 剪切应力最大值出现载相应板材与剪切应力最大值出现载相应板材与横剖面水平中心线的交点处。横剖面水平中心线的交点处。 （五）船体拱垂变形（五

4、）船体拱垂变形 单位长度的船体，前后两端受到大单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反的弯矩作用，则该段小相等，方向相反的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。船体将发生弯曲变形。 弯曲应力的最大值出现在龙骨板或弯曲应力的最大值出现在龙骨板或上甲板。上甲板。 1、中拱（、中拱（Hogging） 船体受正弯矩作用，中部的浮力大于船体受正弯矩作用，中部的浮力大于重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。 2、中垂、中垂（Sagging） 船体受负弯矩作用，中部的浮力小于船体受负弯矩作用，中

5、部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。 3、影响船舶拱垂变形的因素、影响船舶拱垂变形的因素l船体有效构件的尺寸、材料及分布船体有效构件的尺寸、材料及分布l载荷配置载荷配置l船舶与波浪的相对位置关系船舶与波浪的相对位置关系 （1）船舶中拱，处于波浪中，波长约等）船舶中拱，处于波浪中，波长约等于船长，波峰位于船中，船体中拱加剧。于船长，波峰位于船中，船体中拱加剧。 （2）船舶中垂，处于波浪中，波长约等）船舶中垂，处于波浪中，波长约等于船长，波谷位于船中，船体中垂加剧。于船长，波

6、谷位于船中，船体中垂加剧。l中和轴中和轴 根据直梁弯曲理论，中和轴位于梁剖面的面积根据直梁弯曲理论，中和轴位于梁剖面的面积中心。对于空心变断面梁的船体，中和轴位于船中心。对于空心变断面梁的船体，中和轴位于船体剖面的中心。体剖面的中心。zIwxxdFzIFx2（六）剖面模数（六）剖面模数wxl面积惯矩面积惯矩Ixl甲板剖面模数甲板剖面模数wd和舱底板剖面模数和舱底板剖面模数wbdxdZIwbxbZIwbdbdwwZZ （2）经验法）经验法 根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖面模数每年平均扣除腐蚀量约为面模数每年平均扣除腐蚀量约为0.40.6。 扣除原则：使用

7、年限小于扣除原则：使用年限小于5年年的船舶取的船舶取下限下限，使用年限使用年限10年年以上的船舶取以上的船舶取上限上限。 nwwddnl甲板剖面模数的腐蚀修正甲板剖面模数的腐蚀修正（1） 近似公式计算法近似公式计算法（3）腐蚀极限）腐蚀极限 船长大于或等于船长大于或等于60m的远洋干散货船，的远洋干散货船，船长大于或等于船长大于或等于90m的远洋液体货船，在的远洋液体货船，在船中船中40L区间强力甲板的剖面模数应满区间强力甲板的剖面模数应满足：足：ddnddnddnwwwwww800840900.类航区）：类航区）：沿海航区（沿海航区（类航区）：类航区）：近海航区（近海航区（类航区）：类航区）

8、：无限航区（无限航区（ 1、经验法（舱容比配货法）、经验法（舱容比配货法）QVVPchichii .%)(101iiiiPPPP 舱别舱别NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5Total货舱容积货舱容积3075411942105719396721090舱容比舱容比14.5819.5319.9627.1218.81100Pi1955261926763636252213408调整值调整值196262268364252上下限上下限范围范围2151175928812357294424084000327227742270（六）船舶总纵强度的校核方法（六）船舶总纵强度的校核方法2、静水弯矩及静水切力法、

9、静水弯矩及静水切力法LBP 90m的船舶，通常只校核计算船中的船舶，通常只校核计算船中剖面上的静水弯矩。剖面上的静水弯矩。SSMMwwMMSSMM 90m150m的船舶，需要校核重要剖面的的船舶，需要校核重要剖面的剪力和弯矩。剪力和弯矩。sisiMM.wiwiMM.sisiNN.wiwiNN.船中剖面静水许用弯矩船中剖面静水许用弯矩MS的计算的计算wCdSMwM310 221070819).(.bBPwCBFLM 影响影响MS因素：营运时间长短、因素：营运时间长短、LBP、B、夏、夏季满载时的方形系数季满载时的方形系数Cb(不得小于不得小于0.6)、剖、剖面模数面模数Wd 。船中剖面实际静水弯

10、矩船中剖面实际静水弯矩MS 的计算的计算 影响因素：装载排水量影响因素：装载排水量 、船舶类型、船舶类型、 LBP、计算状态时的方形系数计算状态时的方形系数Cb。)(.BPiimHSLCxPxWmWM 21819船舶各剖面实际剪力和弯矩的计算公式船舶各剖面实际剪力和弯矩的计算公式（1）计算各剖面的重力和重力矩）计算各剖面的重力和重力矩（2）计算各剖面的浮力和浮力矩）计算各剖面的浮力和浮力矩（3）计算各剖面的实际剪力）计算各剖面的实际剪力（4）计算各剖面的实际弯矩）计算各剖面的实际弯矩BiiGiiiiiMWMBMBWSF 3、百分比校核法、百分比校核法 目前的装载计算机对船舶总纵强度的校目前的装

11、载计算机对船舶总纵强度的校 核多采用主要剖面的实际剪力和弯矩与该核多采用主要剖面的实际剪力和弯矩与该 剖面的许用剪力和弯矩的比值是否超过剖面的许用剪力和弯矩的比值是否超过100来确定纵强度是否满足要求。来确定纵强度是否满足要求。 一般分港内和海上两种状态校核。一般分港内和海上两种状态校核。%100100SSSSNNMM，4、强度曲线图法、强度曲线图法（1）适用条件）适用条件 船长小于船长小于90m或者装载或者装载均匀，不需要校核静水均匀，不需要校核静水切力时，可以使用该法。切力时，可以使用该法。（2）曲线图的构成）曲线图的构成l纵坐标：载荷对船中力纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。矩的绝对值

12、之和。l横坐标：平均型吃水。横坐标：平均型吃水。l点划线点划线l虚线虚线l实线实线l点划线和虚线之间：有利范围点划线和虚线之间：有利范围l虚线和实线之间：允许范围虚线和实线之间：允许范围l实线之外：危险范围实线之外：危险范围l点划线左上方：中拱范围点划线左上方：中拱范围l点划线右下方：中垂范围点划线右下方：中垂范围0SMSLSMMSSMM 5、船舶吃水校核法、船舶吃水校核法（1）利用吃水判定船舶的拱垂）利用吃水判定船舶的拱垂ldM dM：中垂变形：中垂变形ldM dM：中拱变形：中拱变形ldM dM：无拱垂变形：无拱垂变形（2）利用吃水判定拱垂的变形大小）利用吃水判定拱垂的变形大小MMdd船中

13、船中 （3）利用拱垂差的大小校核总纵强度）利用拱垂差的大小校核总纵强度1200BPL 正常拱垂值：正常拱垂值：800BPL 极限拱垂值：极限拱垂值：600BPL 危险拱垂值：危险拱垂值：1200BPL 有利拱垂范围：有利拱垂范围：8001200BPBPLL 正常拱垂范围：正常拱垂范围： 注意注意 船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开航；航； 船舶处于极限拱垂范围，只能好天气开船舶处于极限拱垂范围，只能好天气开航；航； 船舶处于危险拱垂范围，不能开航。船舶处于危险拱垂范围，不能开航。600800BPBPLL 极限拱垂范围：极限拱垂范围：600BPL 危险拱垂范围：

14、危险拱垂范围： 6、百分制校核法、百分制校核法（1）将最大静水许用弯矩作为）将最大静水许用弯矩作为100；（2）将船舶各项重量以舱为单位除）将船舶各项重量以舱为单位除100， 然后分别乘预先确定的分数系数得然后分别乘预先确定的分数系数得 到分数值；到分数值；（3）将各计算分数值相加得到分数值和；）将各计算分数值相加得到分数值和；（4）若该分数值和不超过）若该分数值和不超过100，则说明船，则说明船 舶舶 的总纵强度符合要求。的总纵强度符合要求。1、不同机舱位置的普通货船的弯矩特性曲线、不同机舱位置的普通货船的弯矩特性曲线（七）船舶布置对纵向受力影响（七）船舶布置对纵向受力影响 及改善措施及改善

15、措施 2、拱垂大小比较、拱垂大小比较l满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较尾机船尾机船中后机船中后机船中机船中机船尾机船尾机船中后机船中后机船中机船中机船 空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较 中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较空载状态空载状态满载状态满载状态 3、改善措施、改善措施（1）中机船满载状态）中机船满载状态货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允许的条件下，中区货舱应按装货重量的上许的条件下，中区货舱应按装货重量的上限值装，首尾货舱按下限值装

16、；中途港货限值装，首尾货舱按下限值装；中途港货物不应过分集中于中区货舱。物不应过分集中于中区货舱。油水分配及使用：油水应自中区向首尾装油水分配及使用：油水应自中区向首尾装载；使用时应自首尾向中区。载；使用时应自首尾向中区。正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应空舱。空舱。（2）尾机船压载状态）尾机船压载状态l压载安排：尽量使用接近中区的压载舱，压载安排：尽量使用接近中区的压载舱，可以使用但切忌单独使用首尾部压载舱。可以使用但切忌单独使用首尾部压载舱。l油水分配及使用：同中机船。油水分配及使用：同中机船。l正确使用位于中区的深舱：应作为压载正确使用位于中区的深舱

17、：应作为压载舱使用。舱使用。（3）中后机船压载状态）中后机船压载状态 同尾机船压载状态同尾机船压载状态（一）定义（一）定义l船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。力。l船舶结构抵抗内外力作用的能力。船舶结构抵抗内外力作用的能力。（二）主要计算（校核）部位（二）主要计算（校核）部位 舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底板、平台。板、平台。ccvvddPPPPPPPP（三）局部强度的校核方法（三）局部强度的校核方法甲板实际负荷量甲板实际负荷量 甲板允许负荷量甲板允许负荷量 （四）允许负荷量的表示方法（四）允许负荷量的表示方法l均布载荷：

18、单位面积允许承受的最大重均布载荷：单位面积允许承受的最大重 量（量（kPa）。）。l集中载荷：某一较小特定面积上允许承集中载荷：某一较小特定面积上允许承 受的最大重量（受的最大重量（kN）。）。l车辆载荷：载车部位允许承受的以特定车辆载荷：载车部位允许承受的以特定 车轮数目为前提的车辆及所车轮数目为前提的车辆及所 载货物的总重量（载货物的总重量（kN）。）。l堆积负荷：载箱部位上作用在箱底座处堆积负荷：载箱部位上作用在箱底座处 的集装箱总重量的集装箱总重量（kN）。）。 （五）允许负荷量的确定（五）允许负荷量的确定 1、查取局部强度计算书、查取局部强度计算书 部位部位 载荷载荷 上甲板上甲板中

19、间甲板中间甲板内底板内底板上甲板上甲板舱口盖舱口盖二层甲板舱口盖二层甲板舱口盖均布载荷均布载荷（kPa）17.1624.7231.173.5717.26第一货舱第一货舱 9.24其他货舱其他货舱 34.34车辆载荷车辆载荷（kN）98.1kN/4个前轮个前轮68.7kN/2个前轮个前轮98.1kN/4个前轮个前轮98.1kN/2个前轮个前轮v集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理可查得。可查得。l中间甲板和内底板中间甲板和内底板 ).(.5121819819819或FSHHPcccd ddcddHFSHHP819819819.dddHHP067720819.dddHHP7